DE1959433A1

DE1959433A1 - Verfahren zur Herabsetzung des Phosphatgehalts von Schlamm

Info

Publication number: DE1959433A1
Application number: DE19691959433
Authority: DE
Inventors: Hobbs Millice Floyd; Milton Spiegel
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1969-01-27
Filing date: 1969-11-26
Publication date: 1970-11-05
Also published as: FR2029440A1; GB1247565A; SE359800B; US3522171A; CH511771A

Description

Verfahren zur Herabsetzung des Phosphatgehalts von Schlamm

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Schlamm, um dessen Phosphatgehalt herabzusetzen, bevor er als Impfmaterial (seed material) in die Belüftungszone einer Belebungsanlage zurückgeführt wird. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schrittes Das erste Sohlammkonzentrat, das sich in dem Abscheider gebildet hat, wird'fortlaufend angesäuert. Hiervon wird ein zweites Schlammkonzentrat abgetrennt, das dann mit einem wäßrigen Medium mit einem geringen Phosphatgehalt verdünnt wird. Anschließend wird ein drittes Schlammkonzentrat abgetrennt. Das ist das Mikroorganismenkonzentrat mit dem verminderten' •Phosphatgehalt, das zurückgeführt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Abwässern.

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Sie betrifft ein Verfahren zur Behandlung von belebtem Schlamm. Sie betrifft noch genauer ein Verfahren zur Herstellung eines Schlammkonzentrats mit einem deutlich herabgesetzten Phosphatgehalt, das in die Belüftungszone zurückgeführt wird, wo der vom Phosphat befreite Schlamm zum Einbau der Phosphate, die. in dem einfließenden Abwasser enthalten sind, in die in der gemischten Flüssigkeit gebildeten Feststoffe führt.

Gemäß der Erfindung ist ein System zur Schlammbehandlung vorgesehen, daß, wenn es mit einer Belebtschlammanlage, verbunden ist, einen vom Phosphatgehalt befreiten Schlamm ergibt, der in die Belüftungszone zurückgeführt wird, wodurch die phosphorhaltigen Materialien, die im folgenden als Phosphate bezeichnet werden, da das der überwiegende Bestandteil ist, als integraler Teil von den in der gemischten Flüssigkeit in der Belüftungszone enthaltenen Feststoffen aufgenommen oder an diese angelagert werden. Bei dem Schlammbehandlungssystem wird ein erstes Schi ammkonz ent rat, das sich in dem Schlammabscheider einer Belebtschlammanlage gebildet hat, fortlaufend - angesäuert und wieder konzentriert, wobei ein zweites Schlammkonzentrat entsteht, das mit einem ausreichenden Volumen eines wäßrigen Mediums aus dem Schlammabscheider verdünnt wird, das einen geringen Phosphat- und Fest stoff gehalt hat. Hiervon wird ein letztes Schlammkonzentrat mit verhältnismäßig geringem Phosphatgehalt abgetrennt, das in die Belüftungszone des Belebtschlammverfahrens zurückgeführt wird.

In den heute üblichen Belebungsanlagen wird das Abwasser

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den üblichen Verfahren, wie Absieben, Sandabsetzen u.a. unterworfen. Anschließend wird das Abwasser mit Stoffen die aus einem Absetzbecken zurückgeführt worden sind, vermischt und belüftet. Die Menge von zurückgeführtem Schlamm macht ein Volumen von 25 bis 200 % aus, bezogen auf das Volumen des einfließenden Abwassers, das im allgemeinen einen biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) im Bereich von ungefähr 100 mg/Liter bis 300 mg/Liter besitzt.

Diese Art der Behandlung durch kontinuierliche Rückführung von großen Volumina schlammTialtiger Flüssigkeiten führt zu Bedingungen, durch die ein Gleichgewichtszustand eingestellt wird bei einer verhältnismäßig hohen Konzentration an gelösten Mineral stoffen, wie Phosphor, der im allgemeinen in Form von Anionen, wie Phosphaten, vorhanden ist. Der tägliche Abwasserausstoß aus Systemen mit einem hohen Mineralgehalt in die Aufnahmebehälter führt eventuell zu einer Vergiftung dieser Behälter mit der Folge, daß uner- ■ wünschtes Ausblühen, Geruchsbelästigung usw. erhöht werden.

Meistens erreichen die üblichen Belebungsanlagen Bedingungen, die geeignet sind zur Ansammlung von gelösten phosphorhaltigen Stoffen in der Flüssigkeit und zwar in solchen Mengen, daß das System einen Ausfluß mit einem verhältnismäßig hohen Phosphat gehalt ergibt.

Bisher wurde die Ansammlung von merklichen Mengen an Phosphat in der Flüssigkeit von Belebtschlammanlagen zwar bemerkt, aber,da hauptsächlich auf die BSB-Entfernung Wert gelegt wurde, wurde ein hoher Phosphatgehalt in dem Auslauf als notwendig hingenommen. Folglich wurden nur dann Schritte

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unternommen, wenn ernste Zustände auftraten, um die Phosphate aus dem Auslauf der Anlage mit Hilfe von Kalk, Eisen-III-chlorid und ähnlich wirkenden Chemikalien zu entfernen.

Es wurde vorgeschlagen, daß der Phosphatgehalt von dem in das Belebungsverfahren zurückzuführenden Schlamm herabgesetzt werden kann, indem man den Schlamm mit angesäuertem ^ Wasser auswäscht oder ihn ansäuert und eine entsprechende Zeit lang unter anaeroben Bedingungen hält, wobei ein abtrennbares, an Phosphat angereichertes Faulwasser entsteht. Diese Behandlungen führen im allgemeinen dazu, daß der in den Belüftungsbehälter zurückgeführte Schlamm ungefähr 5 bis 100 mg/Liter enthält, abhängig von dem Volumen des verwendeten Schlämmwassers.

Nun hat es sich gezeigt, daß der Phosphat gehalt von Schlamm, der in das Belebungsverfahren zurückgeführt wird, deutlich herabgesetzt werden kann. Das neue "Verfahren vermeidet die Behandlung mit großen Volumina von Schlämmwasser mit geringem Phosphatgehalt. Dadurch werden die Kosten der ™ Aufarbeitung herabgesetzt aufgrund der Ausschaltung des Schlämmwassers an sich und der Anlage zur Verarbeitung derartiger großer Volumina von Wasser sowie wegen der Kosten der Nachbehandlung zur Entfernung der Phosphate aus den großen Volumina von verdünnten Lösungen. Bei diesem Verfahren wird die gemischte Flüssigkeit einer kurzfristigen Belüftung zur BSB-Entfernung unterworfen, so daß die Feststoffe so lange Zeit belüftet werden, daß Hydrolyse der Phosphate eintreten und diese aus dem wäßrigen Medium entfernt werden können. Die aus dem Belüftungsbecken abgezogene gemischte Flüssigkeit wird einer Abscheideoperation unterworfen, wobei ein Auslauf entsteht, der 80 oder mehr

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Vol.-% des Einlaufes in den Absetzbehälter enthält und nur ungefähr tö bis ungefähr 20 % des Phosphatgehalts des Einlaufes und ein Schlammkonzentrat, das 10 bis 20 VoIi-% des Einlaufes in den Absetzbehälter enthält und 75 bis 90 % des Phosphatgehaltes dieses Einlaufs. Dieses erste Schlammkonzentrat wird auf einen pH-Wert im Bereich von 4 bis 6,5 angesäuert, um die Phosphate von dem Schlamm in die Flüssigkeit zu desorbieren und ein zweites Mal

entsteht

konzentriert, wobei ein zweites Schlammkonzentrat/mit mindestens dem doppelten Feststoffgehalt des ersten Schlammkonzentrats in einem Flüssigkeitsvolumen von 40 bis 50 % des Volumens des ersten Schlammkonzentrats und das 4-0 bis 50 % des ursprünglichen Phosphatgehalts in dem ersten Schlammkonzentrat enthält. Das zweite Schlammkonzentrat wird mit beispielsweise zwischen 50 und 500 Vol*-%, bezogen auf das Volumen des zweiten Schlammkonzentrats des Ausflusses vermischt, der bei der ersten Abscheidung entsteht. Der Schlamm wird dann wieder auf 8 bis 10 % Feststoff gehalt in einem Flüssigkeitsvolumen von ungefähr dem gleichen Volumen wie das zweite Schlammkonzentrat konzentriert, wobei ein zurückzuführender Schlamm entsteht, der einen Strom von zurückgeführtem Schlamm in das Belüftungsbecken einleitet, dessen desorbierbarer Phosphatgehalt pro g suspendierter Feststoffe weniger ist als ungefähr 25 % des desorbierbaren Phosphatgehaltes pro g suspendierter Feststoffe in der gemischten Flüssigkeit und günstigerweise 10 % oder weniger.

Mehr im Detail, bei einer Ausführungsart.,umfaßt das Verfahren zur Entfernung von beispielsweise Orthophosphaten aus dem als Impfmaterial zurückzuführenden Schlamm folgende Schritte: Die gemischte Flüssigkeit aus dem Belüftungsbehälter wird in

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eine Schlammabscheideanlage übergeführt.· Bin Sohlammkonzentrat mit einem Feststoff gehalt von ungefähr A-fo wird von diesem Absetzbehälter in einem Flüssigkeitsvolumenvon ungefähr^10 bis 15 "Vol.-^C/O des einfließenden Abwassers entfernt, d.h. 379 Liter/min (100 gpm) einlaufendes,Abwasser und 53 Liter/min (14 gpm) Schlammkonzentrat mit einem Phosphatgehalt von beispielsweise 175 bis 250 mg/liter. Das Schlammkonzentrat wird helfe spielsweise mit Schwefelsäure angesäuert, wobei eine Flüssigkeit mit einem pH-Wert von ungefähr 5 entsteht. Der angesäuerte Schlamm wird einem zweiten Abscheideschritt unterworfen, wo der Schlamm von der Flüssigkeit als ein Konzentrat mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 18,9 Liter/min (5 gpm) entfernt wird/^anen Feststoffgehalt von ungefähr 8 bis 10$ und einen Phosphatgehalt von ungefähr 175 bis 250 mg/Liter besitzt. Das Flotationskonzentrat wird mit einem Ungefähr gleichen Volumen des Auslaufs aus dem Ahsetzbehälter vermischt und der verdünnte Schlamm wird durch eine dritte Abscheidevorrichtung gegeben, wobei ein zurückzuführender Schlamm entsteht, der eine Feststoffkonzentration von 10$ besitzt und unge-" fähr 110 mg/Liter Phosphat enthält und eine Geschwindigkeit von 18,9 liter/min (5 gpm). Diese Konzentration beträgt bis ungefähr 1,1 mg desorbierbares Phosphat pro g belebtem Schlamm, verglichen mit dem Gehalt 'der gemischten Flüssigkeit von ungefähr 6 mg desorbierbaren Phosphats pro g belebtem Schlamm.

Bei der spezifischen Ausführungsform wurde auf die Schlammkonzentrierung in einem Absetz- oder Flotationsbehälter hingewiesen. Es ist verständlich, daß jede der drei Konzentrierungen in irgend einer der erwähnten oder anderen

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sclmellen Sehlainmabscheidevorrichtungen, wie einer Flotationszelle, einem Sweco-Abscheider und einer Zentrifuge erreicht werden kann. Ein kontinuierlicher Spülspaltfilter, der den Filterkuchen so wie er von dem Sieb entfernt wird, in einem wäßrigen Medium wieder suspendiert, ist besonders geeignet zur Abtrennung des angesäuerten Schlamms.

Das Ansäuern des Schlamms führt zu einer Verdichtung des Schlamms außer der 'schnellen Desorption der Phosphate von dem Schlamm in die Flüssigkeit. Diese Verdichtung erlaubt eine wirksame Konzentrierung der Schlammfeststoffe durch eine Vielfalt von Schritten von ungefähr 3000 bis 7000 mg/Liter, wie sie durch einen üblichen Absetzbehälter erreicht wird, wobei Schlammkonzentrate von beispielsweise 10 000 bis 100 000 mg/Liter entstehen.

Eine Herabsetzung des Phosphatgehaltes des zurückgeführten Schlammkonzentrates auf ein niedriges Niveau ist notwendig, da, wenn der Schlamm und die begleitende Flüssigkeit, die zurückgeführt werden, um gemischte Flüssigkeiten zu bilden, analysierbare Mengen von Phosphaten enthalten, die v/irksamkeit des Schlamms zur Bindung der frischen Phosphate, die dux-ch das einfließende Abwasser mitgebracht werden, mehr oder weniger proporational zu dem desorbierbaren Phosphatgehalt des zurückgeleiteten Schlamms pro Gewichtseinheit der in üem zurückgeführten Schlamm suspendierten Feststoffe vermindert wird. So muß die Menge der erforderlichen Schlammfeststoffe, die zurückgeführt werden, so bemessen werden, daß ein geeignetes Niveau von Phosphataufnahme in die Feststoffe der gemischten Flüssigkeit erreicht wird.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert,

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1A-37 166 - 8 Beispiel

Ein Belüftungstank, der 6,7 πι im Quadrat (22 foot square) sein und eine Flüssigkeitstiefe von 4,4-2 m (14- feet 6 inches) haben kann, kann entlang dem oberen Ende einer Wand mit einer Einflußrinne versehen sein, die einen Überlauf hat, um eine verhältnismäßig .gleiche Verteilung des Einflusses ;,; entlang dieser Wand zu erreichen. Die gegenüberliegende Wand kann mit 5 gleichmäßig verteilten Öffnungen zum Auslaß * der gewünschten Flüssigkeit versehen sein.

Die Anlage zur Luftverteilung besteht aus einem Kopfstück (header), das 61 ei vom Boden des Behälters und 91,5 cm von der Wand entfernt ist, an deren oberem. Ende sich die Einflußrinne befindet_tund einem zweiten Kopfstück, das sich in ähnlicher Lage neben der Wand mit den verteilten Öffnungen befindet. Das Kopfstück kann eine Reihe von horizontal herausragenden, mit Kordel umwickelten Luftverteilereinheiten tragen, von denen jede im Stande ist, 142 bis 272 Liter/min (5 bis 8 cubic feet per minute) Luft einzuleiten.

Der Belüftungstank enthält ungefähr 201 000 Liter (53 000 gallons) gemischter Flüssigkeit mit einem Feststoffgehalt von 5 000 mg/Liter. Der Abwassereinlauf, der einen Phosphatgehalt von ungefähr JO mg/Liter hat, wird in den Behälter mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1 117 Liter (295 gpm) eingeleitet, in den auch 56,8 Liter J^j&in. zurückgeführter Schlamm eingeleitet werden. Nach einer Aufenthaltszeit von ungefähr 3 h wird die gemischte Flüssigkeit in einen Absetzbehälter eingeleitet, der einen Auslauf yon ungefähr T 030 Liter/min (272 gpm) mit einem Phosphat gehalt von unge-

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fähr 3,2 mg/Liter und 144 Liter/min (38 gpm) des Schlammkonzentrats mit einem Phosphat gehalt von ungefähr 220 mg/Liter ergibt.

Die 144 Liter/min (38 gpm) Schlammkonzentrat werden mit ungefähr 33 cur/min 66⁰Be Schwefelsäure vermischt und in einen Schlammflotationsbehälter eingeleitet. In diesem Behälter'wird die angesäuerte Flüssigkeit nach einer geeigneten Verweilzeit in ungefähr 87 Liter/min (23 gpm) Auslauf, der ungefähr 220 mg/i<iter Phosphat enthält, und 56,8 Liter/min (15 gpm) Schlamm mit ungefähr 10 % Feststoffen, der ungefähr 220 mg/Liter Phosphat enthält, getrennt.

Der 10 % Feststoffe enthaltende Schlamm wird mit 114 Liter/min (30 gpm) Auslauf aus dem Absetzbehälter, der 3,2 mg/Liter Phosphat enthält, gemischt und das verdünnte Schlammkon-v zentrat wird einer zweiten Flotationsoperation unterworfen.

Die Produkte der zweiten Flotation können 114 Liter/min einer geklärten Flüssigkeit, die 75 mg/Liter Phosphat enthält und 56,8 Idter/min (15 gpm) eines zurückzuführenden Schlamms mit einem Feststoffgehalt von 10 % und 75 mg/Liter Phosphat sein. Dieser Gehalt an Phosphor beträgt ungefähr 0,8 mg desorbierbares Phosphat pro g zurückgeführtem belebtem Schlamm, während die gemischte Belebtschlammflüsßigkeit ungefähr 6 mg desorbierbares Phosphat pro g Schlamm enthält./Aus dem obigen Beispiel wird deutlich, daß das Volumen des wäßrigen Mediums» das desorbiertes Phosphat enthält und das zur Ausfällung des Phosphates behandelt werden muß, bevor es au« dem System entfernt wird, 201 Liter/min (53 gpm) mit einem mittleren Phosphatgehalt

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voii ungefähr 140 mg/Liter beträgt. Das muß mit anderen Systemen verglichen werden, bei denen Schlammwaschverfahren eine typische verdünnte Lösung von insgesamt 379 bis 757 Liter/min (100 - 200 gpm) Flüssigkeit mit einem Phosphatgehalt von nur 10 bis 15 mg/Liter ergeben.

PATEIiTANS PRL CHE:

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Claims

■ PATEN T-AN-SPBÜCHE :

Verfahren zur Herabsetzung des Phosphatgehalts von einem Schlamm, der in ein Belebtschlammverfahren zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß man die belüftete gemischte Flüssigkeit in ein erstes wäßriges Medium mit einem geringen Gehalt an suspendierten Feststoffen und einem verhältnismäßig geringen Phosphatgehalt und ein erstes Feststoffkonzentrat/^ das Schlamm enthält, der reich , ist an phosphorhaltigen Materialien, dieses erste Feststoffkonzentrat auf einen pH-Wert im Bereich von 4 bis 6,5 ansäuert, dieses angesäuerte Schlammkonzentrat in ein zweites wäßriges Medium, das wenig suspendierte Feststoffe enthält und ein zweites Schlammkonzentrat trennt, das einen Feststoffgehalt hat, der höher ist als der des erwähnten ersten Schlammkonzentrats, dieses zweite Schlammkonzentrat mit einem ausreichenden Volumen des ersten wäßrigen Mediums vermischt, wobei ein verdünntes Schlammkonzentrat entsteht und dieses verdünnte Schlammkonzentrat in einen letzten Auslauf mit einem geringen Feststoffgehalt und ein letztes Schlammkonzentrat mit einem verhältnismäßig niedrigen Phosphatgehalt trennt, das wieder zurückgeführt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dali man die erste Trennung durch eine Absetzoperation erreicht.

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3) Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste Trennung' durch eine Absetzoperation und die zweite und dritte Trennung durch Flotationspperationen erreicht.
4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ ei c hn e t, daß man die erste Trennung durch Ansetzen, die zweite Trennung durch Filtration und die dritte Trennung durch Flotation erreicht.
5) Verfahren nach Anspruch 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der ersten Trennung die gemischte Flüssigkeit in ein erstes wäßriges Medium mit einem Volumen von ungefähr 80 bis 9O°/o des Volumens, das in den Absetzbehälter einfließt, und 10 bis 20$ des Phosphatgehaltes des Einflusses und ein,erstes Feststoffkonzentrat auftrennt.
6) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5> dadurch g e k e η ilzeichnet', daß man die zweite Trennung so durchführt, daß ein zweites wäßriges Medium mit geringem Feststoffgehalt und einem Volumen von 50 bis 1QF/o des Volumens des ersten Schlammkonzentrats entsteht.
7) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die dritte Trennung so durchführt, daß ein Endauslauf entsteht mit einem Volumen, das mindestens gleich ist dem Volumen des ersten wäßrigen Mediums, das verwendet wird, um das verdünnte Schlammkonzentrat zu bilden.

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8) Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man die drei Trennungen in Form von Flotationsoperationen durchführt.

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